群杭基礎の限界状態の数値予測手法の開発と耐震設計に関する研究

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本研究では,1.模型場所打ち杭で構成される群杭模型の気中での水平交番載荷実験結果,2.地盤中に埋込まれた模型場所打ち杭の水平交番載荷実験結果,および,3.現行設計法により設計されたいくつかのモデル橋脚および杭基礎が上部構造からの慣性力の影響および地盤の振動変位による影響を受けるときの損傷過程の3点に関する数値シミュレーションを行った.場所打ち杭の数値モデルには,研究代表者が開発した弾性挙動から耐力低下挙動を一貫して追跡可能な構成則を組み込んだファイバー要素を適用した.その結果得られた主な知見を以下に示す.(1)ファイバー要素を用いた場合には杭体に作用する軸力変動の影響を精度良く考慮できる.また,コンクリートの破壊の進展のみならず鉄筋のはらみだしに起因する各杭の耐力低下挙動を追跡できるモデルを用いることで群杭としての破壊挙動を評価が可能なことを示した.しかし,群杭システムとしての塑性率が非常に大きくなり,耐力低下が生じる領域における数値シミュレーションの精度はまだ改良が必要である.(2)周辺地盤がかぶりコンクリートを横拘束することにより杭体の変形性能は気中にある場合よりも土中にある場合の方が増加することを数値的に示した.(3)一方で,群杭としての最大耐力付近までの解析を行う場合には,各杭に対して曲げモーメントM-軸力N-曲率φ相関関係を考慮したモデルであっても解析精度は比較的良好であることが分かった.しかし,M-N-φ関係の相関曲線の設定が粗い場合には,杭に生じる軸力の変動に追随できない場合がある.(4)地盤変位の影響も考慮した場合,慣性力のみを考慮した場合と比べて基礎がシステムとして降伏する変位レベルや耐力低下が生じ始める変位レベルが変化する.しかし,周辺地盤抵抗が期待できる場合には気中での繰返し載荷実験結果で見られたような明確な耐力低下は生じず,数値シミュレーション上ではじん性的な挙動を示し続ける傾向にあった.